In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  Vo l .  1 0 , No .  2 , Ju n e  20 1 9 , p p .  1 1 2 3 ~ 1 132  ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 2.pp1123-1132     1 1 23     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Starting torque an d torque r ipple reduction using SV P WM   based ve ctor control of  indu ction motor with  nin e-level  cascaded multilevel In v erter  fed w ith sol a r PV pow er       Sh a s h i b h us ha n 1 , S avita S on ol i 2   1 Depart emen t  o f  E CE, Si r M V IT, India  2 D e part emen t of ECE , RYM En g i n eerin g Coll e g e, In d i a       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  No v   2 7 ,  2 018  Re vise d Jan  2 9 , 2019   Ac ce p t ed  M ar 1 4 ,  2 019      Th is   p ap er  i s  an  a t t em p t   t o   dev e lo p  an   I nd uction  M o t o r  D r iv e  Sy ste m   w ith   Multilevel   Inver t er  t opology  f o r   reduced  t orque  ripp l e   a pplicat i o n .  A  N i n e   lev e l-cascad ed  m ultil e vel   i n v e rter  i s  dev e lo ped   fo r  t h e  ind u c t i o n   m ot or  d riv e   with   S VPW M  con trol   p owered   b y  b o o s t con v erter f e d   u s i ng so la r  P V  s u p p ly .   The   SVP W M  c o n t ro l  ba se d   im ple m e n ta t i o n   o f  ve c t or  c on tr ol  u sing   a  m u lti l evel  i nverter  t o p o l o gy  need s  a  mult il evel  S VPWM  c ont ro l   t ech ni qu e,  which  i s   i mplemented  i n  this  p ap er.  T h e  S o lar  p o w e r  su pp li ed  i s   a ppl ied  w ith  th e  M P P T   t ech ni qu e  and   t h e  supp lied   D C   p o w er  i s  f e d   t o   t h e   t hre e  phas e   cascad ed  9   l evel   m ulti lev e l  i n v e rter.  Th e  vect or  c on trol   o f   i n d uc t i o n   m oto r   i s  carried   out   u s i ng  th e  S V PWM   t echn i qu e  on   t he  m u ltil e v e l  t opolo g y.  T he   to rqu e   r ip ple  re duct i o n   i n  t h e  out pu t  i s   o b s erved   and   com p a r ed   wi th  t he  vect or  c on trol   o f   i n d u ctio n  moto r.  M a tlab  base d  impl e m entation  is  carried   ou t an d t h e  res u lts are tab ul ated  a nd  inf erred . K eyw ord s :   Mu lt ile ve l in ve r t e r    Mu lt ile ve l spa ce  vector  p ulse   wi dt h   mo dul at io n  Torq ue  r ip pl e   r e duc t i o n   V e c t or  c o n tro l   o f i n duc t i o n   motor   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Sh as hi bhu sh an,   Depa rtem ent o f   E CE,  Sir  MVIT ,  Interna tio na l  A i rp ort R o ad,  H una sam a r a nah a lli,  B en ga lur u , K ar na t a k a  562 157 , In d i a   Em ail:  sha s hig a dig i 1 2 3 4 @ g m a i l. com       1.   I N TR OD U C TI O N    H i g h er   E lec t ro m a gne tic   c om pat i b i l i t y  i n   M ul t i le ve l  In ver t e r   a nd   e xt en si v e   u se   o f  Induc t i on   m o t o r s  in   t he   i nd us t r ie s  has   bro u g h t   i n  a  h i g h er  d em and  of  t he  m ulti le ve l  i n v e rter   b ase d   i n duc t i o n   m o t or   d ri ves.   S o lar   ba se d  s u pp l y   f or   t hese  i n duc t i on   m ot or  d ri ves  w o ul d  inc r e a s e  the   cos t   e ffe c t i v en ess  of  t he  i n d u c tio n   motor  dr i v e   sy stem s  sinc e  t h e  pow er   c har g es  a re   goin g   t o   be  n ul lifie d  e x ce pt  f or   t he   capi t a l   c ha rge s .   A   F i ve  Le v e l   In v e r t er  c o n t r ol l e d   by   c a rri er  b as ed   S PW M   t echni qu e   i s   u s e d   w i t h   o pe n  en d  w i nd i ng  1H P   in d u ct io n   m o t o r   [ 1 ] .  T w o  t h r e e  l e v e l   i n v e r t e r  e a c h   c o m p r i s i n g   t w o  2  l e v e l   i n v er te rs  a r e   p lac e d  e ach  a t  o n e  e n d   o f   t he   ope n-e n de d i n duc t i o n  m o t or . In [2] the  num be r of sw i tc hes   are   r e duce d  b ut incre as i ng t h e n u m b er  of  l e vel s  t o   six.   A   s ix  l e v e l   o u t pu t  is  o b t a i ne d  b y   u s i ng   a   c ombi na ti o n   o f  a   t hre e   l ev el  i nve r t er  w it h  t h e  tw o  l e ve l  in v e r t e r   on   e i t he r  side   o f  the   ope n-en de d   i n duc t i o n   m otor.  Th is  t o p o l og y   n e e d s  thr ee  is o l ate d   p ower  s u p p l i e s  a s   t her e   are   thre e tw o  level i n ver t e r s c o mpr i se d   in i t.   A   prop osa l   o f  a  struc t ure   f o r  mult ile v e l   i n ve r t e r   t op ol o g ie s  fo r  s t and  alone   P V  syst em  i s  seen  i n  [3] .   The  m u lti-w i n d i ng  to p o lo gy   i n v erter   gi ves   bet t er  r e s u lts  c om par e d   t o  oth e r  t y pe s  of   m u l t i le ve l   in verter s.  T he   lite rat u re has p resente d  the  si n g l e pha se PI con t ro l l er base d  m u l t i l e v e l   i nve rt er  f o r   g ri d   co nn e c t i on   w i t h  l e ss er  TH D   [4].   I t   ha s  bee n   p rese nt e d   a   h e x a g ona l  a nd  1 2 -  si de d  po l y g o nal  v o l t a ge  s pac e   v ec t o r  w ith  c a s ca d e d  tw o- leve l  w i t h   i n duc t i on  m o t o r  dri v e  i n   [ 5] .  The   TH D   va lue   i s   m i n im ize d   i n  thi s   l ite rat u re  a ls o.  I t  ha s  bee n   ntr o d u ce d  hy b r id  m u l t i le ve l  in verter   t o p o l ogy   f or   o pe n- end   w i nd in g  i n d u c ti on   m ac hin e   u sing   t wo   l e v el  inverter  in ser i es with a  c apacit or-fed H- bridge cell,  w hi c h  el im ina t es 1 8 c l am pin g   d io de s  in [6] .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
          IS S N : 208 8- 869 4   In t   J Po w El ec  &  Dri   S y s t ,  Vo l . 1 0 ,  No .  2 , Ju n e  2 019  :  1 123 –   1 1 32  1 124 A   lit e r a t ure   su rve y   o n  mul t ile vel  in ver t e r   t op o l o g i es  a n d   it  c o n t r o l   stra t e gie s   a re   p r e sente d   i n  [1] .   Ma in ly  t o p o l o g ie s  l i k e  d i ode   c lam p e d   m ult i leve l  i n v e rter ,  ca pac i t or  c lam p ed  a nd  c a sca d ed  i s  c o nsi d er ed  a n d   some   P WM   t e c hn i que s  als o .  This  i s  he lp ful  in  a nal y z i n g   d iffere n t  t y p e s  of  t opo l o g i es  a nd  c o n t r o ls.   The  ca sc ade d   m u lti leve l   gr id  c onn e c ted   i n verter s   ha s   ener gy  ba l a nce   p r o b l ems.  A   l ev el   s hi ft ed   a n d   p h a se -shi ft ed   P W M s   w it h  e n er gy  ba lance   is  s t u d i e d   i n   [7].  I n  2 0 14  m o du lar  m u l tile ve l - casc a de d  in ver t e r   d ri ve n  in d u c tio n   motor  w i th o u t  se nsor   i s  pro p o se d  [8] .   D eve l ope d  D u al  i n v e rter  f ed  o pen- e nd  s t a t or  w in di n g   i nd uc t i o n   motor   dri v e  w i th  o p t im al  p u l se   w id t h   m o d u l a t io n.  I t  is  d isc u sse d  t h a t   d is t r ibu t e d   M P P T  for  gri d   c on nec t e d   m od u l ar  c a s c a d ed  H-B r i dg e   mu lti l e v el PV i n v e rt er i s ap pl i e d   [9 ].    I n   t h i s  paper   9 -   l evel  m u lti le vel  i nvert er   i s  pro pose d   w i t h  S V P W M   c ont ro l   f o r  redu c tio n   of  s t a rt i n g  tor que  a nd  tor q u e   r i p pl e  re d u ct ion.   T his  a l so  p r o d u ces  f a s t  res p o n s e  o f   s peed.   T h e  c u rre nt   r ip ple  is  a l s o  reduc e d   a n d   T H D   r e duct i o n   a s  w e ll  at  m otor  t e r m i na ls.   Th is  p a p e r  is  o r g anized  a s  f o ll ows,   S e c t i on  II  di sc usse s  t h e   Ca sc a d ed   M u l t i le ve l   I n verter   a nd   i t s   s w i tch i ng   s e que nce ,   S ecti o n  III   b riefs  ab o u t   t h e  SV PWM   con t ro l  o f   t he  9   l e v e l   m ult ile vel  i nvert er ,  S ecti o n  IV   d isc u sse s  t h e   pro p o se d  me thod  i n   d e t a il,  a n d   S ec t i o n   V   di sc usse s the  resu lts  f o llow e d   by  Conc l u si o n   and  Re fer e nce s .      2.   CASCADE D  MU L T ILEVEL INV E RTER  The r e  is  a   g ro w i n g   i n t e r es t  i n   m ul t i l e ve l  t o pol og ies  s i nc e  t h e y   c a n   e x t en d  t h e  a p plica t i on  of  pow er   elec tr on i c s  s y stem s  to  h ig h e r  volta ge s  a nd  pow e r   r ati o s.  M ul ti l e v el  i nv ert e rs  a re  t h e   m o s t   at trac t i v e   tech n o l o gy  for   the   m e d i um  t o  h i g h   v o l tage   r a nge,  w h ich  inc l ude s   m ot or  d r i v e s,  p ow er  d is t r ib ut i on,  pow er   qua l ity a n d  po w e r  cond it io n i ng ap p lica t io ns . The   ge nera l func t i o n  o f t h is m ult ile ve l i n ve rter  is to  s yn t h esize a   des i red  vo l t age   from   se vera l  se para t e   D C  so urc e s,  w hi c h   m a y   b e  ob t a ine d   f ro m  b a t t e ries ,  f u el   cel l s ,  or  s o l ar  c e l l s.  A   p a r ti cu l a r  ad va nt ag e   o f   t hi s  t o po log y   i s  th a t   t h e   m o d u la t i o n ,  co ntr o l  a n d  pro t e c t i o n  r e q u i r e ment s  o f   ea ch  b ri d g e  a r e  m odu lar.   T h e   c asca de d  i nve rter   h as  b ee n  l a rge l y   s t udie d   a nd  use d   i n  t h e   var i o u s  fie l d s   s uc h  as dr i ve s,  t r a ns missi on   s yst e m   and pow e r   c on dit i o n i ng.   Sp ec i a l   Fe at u r e s  o f   C a sc ad ed M ul t i l e v e l   In ve rt er  a.   The  se ries  s tru c ture   a l l o w s   a   s c a la ble,   m od u l ar i z e d   c ircu it  lay o u t   a nd  pac k ag i ng  s i nc e  e ach  b ri dg e   has   the sa me  struct u re .  b.   Re qu i r es  t he  l e a s t  n u m b er  o f  com p o n e n t s   a mong  a l l   m u l t i l eve l   c o n v erter s   t o  a c h ieve  t h e   s a m e   numbe r  of  v o lta ge  le v e l s w i t h ou t n o  e xtra  c lam p i n g  dio d e s  or  vo l t a g e   b al a n cin g   cap a c ito rs.  c.   S o ft   s w itc h i ng  t e ch n i q u es c an  be   imple m e n te d w h ic h  reduc e s  sw i t ch i ng l o sse s  and  de v i c e   s t r esses.   d.   S w itch i n g   r e d u nda nc y for in n e r vo ltage   l e v e l s is p ossib l e b eca u se t he  pha se   v o l t a ge o u t p u t   i s  the   s um  o f  ea ch br i dge ’s o ut p u t .   e.   P o ten t ial o f  sh o ck  i s  reduc ed  due  t o t h e  se pa ra te D C sour ces.     2.1.   Prin c i p l e  of o p erat i on  c asc a d e d  mu ltile vel   i n ver t er   A   r e lati ve ly  n ew   p ow er   c on verter   s truc ture,   c a sca d e d -in v er t e rs  wi t h   s e p arat e  DC   s o u r c e s  i s   in t r od uc ed  h e r e.   T his  new   c o nver t er   c a n   a v o i d   e x t ra   c lam p i ng  d i o d e s   o r   vo lt a g e  ba l a n c in g  ca pac i t o rs.  Ea ch  S D C  i s   a ssoc i ated  w i t h  a  si ng le-p ha se  f u ll  bri dge   i nver t e r .  The   A C   term inal  v o lta ge s  of  d i f fere n t   l eve l   in verter s  ar e  con n ec t e d  i n   s e r ies.  T he  p hase ou t pu t   vo lta ge  i s  sy nt he si z e d   b y   th e  su m  o f   f o u r   i nv e r t e r  ou t put s.  Eac h   s in g l e-p h a se   f u l l  br id ge   i n v e r ter  c a n  gene ra te  t hre e   l eve l   o u t pu t s ,   + V dc ,  0,  a n d   -V dc.   Thi s   i s   ma de  p o s s i bl e   b y   c on n ecti ng  th e   D C   s ou rc e s   s eq ue n t i a ll y  to   t h e  AC   si de   v ia  t h e   f our  s e m ic o n duc t o r p o w e r   d e vic e s .  Eac h   l e v e l   o f  the  ful l   b ri dge   c on ve rter  c on sis t s  of  f o u r  s w itc h es.   U s i n g   the  t o p   le ve l  as  t he  e xam p le ,  by   tur n in g  O N   S 1   a n d   S 4,  y ie ld s  V 1   =   + V d c .   B y  T u ri ng  O N   S 2  an d  S 3 ,  y i e l d s   V 1   =  - V d c .   T u r n i n g  O F F   a l l   sw it c h es  y i e lds   V d c  =  0.  S im il a r l y ,  the  A C   o ut p u t  v o l t a g e   a t   e a c h   l ev e l   can   b e   ob t a in ed   i n   th e   sa me   m a n n e r.  Mi ni mu m  h a rmo n i c   di sto r tio n  c a n  b e   o bt ai n e d   by   c o n t r ol lin g  th e  c ondu c tin g  a ngl e s   o f  swi t c h e s  at   d if f e ren t   in verter  le v els.   S i ng le  P ha se   F i v e   Le vel   CM LI  T o pol og y  I n   f ive   le ve l  ca s cade d   m u l t i l e ve l   i n v e rt e r ,  fo ur  s ep a r at e  DC   s o u rces  (n-1)   a r e  use d .   Th us,   f o ur  f ul l   bri dge   i n v ert e r s   a re  c on ne c t ed  i n   s e r i e s  to  o bt a i n   t h e  fi ve   l e v e l s  of   o u t put   a s  0 ,   V D C ,  2V D C ,   3V D C   a n d   4 V D C.   T he  H   b ri dge s  a r e  na me d  as  A ,  B,  C   a n d  D .   T he  s w i tch i ng  pa tter n   o f  t h e   pow er   s w itc he s  in  e ac h  H   b r id g e   i s  sa me   a s  de sc ri be d  for  the   si ng le  pha se   t hree   l e v el   c a s c a d ed   i nve r t e r   exc e p t  t he  s w i t c he s ar e pr ogressed  u p  to fo ur  brid g es  f rom   brid ges  A to D.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Star t i n g   t o rque   and tor q ue ri p p le re duc t i o n   u s i n g SV PWM b a se d  Ve cto r  Con t r o l…  (S has hib h u s h a n )  1 125   F i gure   1.  Casc a d ed m ul ti leve l   in v e rter  w it h 9-le ve l   o u t p u t       3.   SVPWM   CONTRO L OF  N I N E L E V EL  I NVERTER  The   ca lc ul a t i o ns  f or  t he  7   l e v e l   i n v er t e r  is  a s  d i sc usse d  in   [ 8 ]   an d  ca l c ul atio n  is  e x t e n d e d  to   9   l eve l   in verter   i n  t h i s   p ape r   a nd  t h e   re sul t s  are   o b ta i n ed .   T h e   h e x ag o n al  v ec tor s   can  b e  d i v i de d  in to  s i x   m ajor  tria ng u l ar  s e c t o rs  (I  to  V I ) .  O n ly  t he   f irs t   s e c t o r  of  t he   c oor di na te  i s  us ed  b eca use   t h e   vec t or s  l o c a t e d   i n  th e  ot her se ct ors can be t r a n sform e d  t o  first se c t or b y cl oc kw ise r ota t i n g b y  a n   an gle  of k * ( pi/3) k  =  ( 1 ,2,3, 4 ,5 f or  sect or  2   t o  6).  A s   a l l   t he  s ec t o rs  a re  i de nt ic al,   on l y   d e t a ils   of  s ec tor  I  is  g i v e n   i n  F i g u r e .4.   U s ually,   a  (M+ 1 )- leve l  i nver t e r   i s  d i scu ssed  h e re  a s  show n  in   F igure. 4.  B y  de com p o si ng  V ref   i n t o  m  a n d   n  a x i s   i t   i s   e a s y  t o   ob ta in t he m   a nd n  ax is com p one n t  of V ref   as V rm   and V rn  as  g i v en  n ext :       V r m  = ( 2* M * V r ef/3V d c) sin( π/3- θ)    ( 1 )    V r n =(2* M*V r ef /3V dc)   sin( θ)    ( 2 )    Whe r e  i s   s pe e d   o f rota ti ng r e fe renc e ve ct or ?     A s  t he num ber   o f  le v els   is i nc r ease d , the   nu m b er of t r i a n g l e   i n creases in this  way:  N T  = 6(N - 1) 2  Fo r   exa m ple   a  7- le vel   in ve rter,   tota Jl  n umbe r  of  t ria n gle  i s   2 1 6 ,  b u t  t h e  s e l e c t i o n   o f  t r i a n g l e   b y  t h e   p r o p o s e d   me tho d   i s  ve ry   s imple  a nd  ge ner a l i zed.   A n y   spac e  vJec t o r   l o c a t e d  i n   a ny  se ct or  a nd  in  a ny  tria ng le  c an   J be  ca l c u l a t e d   easi l y  from  a nd  t h e  val u e  V r m   a nd  V r n  e x p l a i n e d  be l o w .   A ssum i n g  V r e f   a n d   s h oul d  be  s u J c h   t h a t   it  l i es  i n  t h e   r ecta ngu lar   a r ea   s pe c i fie d   b y  D E G F   s ho w n   i n  F i gu re.   4.   A fter  c a l c u l a ting  V rm   an d  V rn ,  ca Jlc u l a t e  t he  l ow e r   r ounde d i n te ge r va lue   (m  a nd n)  a s show n  b e l ow : S a y,  V rm  = 2. 6 & V rn   = 1.85.     A s s u m i n g  m = i n t ( 2 . 6 ) = 2 & n   = i n t ( 1 . 8 5 ) = 1   T h e s e  m  a n d   n  a r e  d e f i n e d   b y   v e c t o r   ( m  ,   n )   i n  m - n  a x i s .  I f   ( V rm   +  V rn )  <=   ( m+n + 1) the n  V r ef loca t e d  i n t h e  le ft b o t t o m  trian g le D E F ,  o t h e r w i s e  t h e   t r i angl e   E F G .     D w e lli n g  Time   Calc ula t io n   The  dw el l i ng   t ime   c a lc u l at i o n  for  eac h  sw i t chi n g  s t a t e  is   v e r y  si mp l e   a nd  g e n e ral i zed .  Su ppo se   a t  a n y   in st a n t  the  V r ef  l oc a t e d   i n  the  Tr ian g le  G EF   s h o w n   i n  F i gure . 4.   T he  c or re sp o n d i n g  t h ree   nea r est  spac e  ve c t ors  a r e  (m 1 ,  n1),   (m 2 ,   n 2 )  a n d  ( m 3 ,  n3 ) .   A c c ord i n g   t o   v o lta ge -tim e   ba lan c e   e qua t i o n   i t   ca n  be   s ol ve   t h r ee   d w e ll ing   ti m e   T 1 ,  T 2 ,  a nd T 3  as foll o ws:   n 1 *T 1 +n 2 *T 2 +n 3 *T 3           (3 )     m 1 *T 1 +m 2 *T 2 +m 3 *T 3          ( 4 )    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
          IS S N : 208 8- 869 4   In t   J Po w El ec  &  Dri   S y s t ,  Vo l . 1 0 ,  No .  2 , Ju n e  2 019  :  1 123 –   1 1 32  1 126 Whe r e  T PW M  i s  P W M  t i m e   p e r i o d ?     The  me t h od  de m onstra t ed h o w   s i m pl e it is  t o  determ i n e th e   trian gle  tha t   r efere n ce  vo l t a g e  falls  i n an d  to  ca l c u l a t e t h e  d w ell t i me s. More   im portan t l y ,   the  alg o ri t h m   has  ano t her few feat ur es:    a.   It  i s  a  gene ral  alg o ri t h m,   w hic h   c an  b e  u s ed   f or  i nve rters  wit h   a n y   n um b e r  of  v o l t a ge  l e v el s  up  to  s e v e n   leve l a n d e v e n t u al ly  can  e x t en d  bey o nd se ve n leve l  w ith  s om e m o difi c a t ion  of  i n v e r ter  pow er  c ircuit ;    b.   Th e r e  are   on ly   t wo   s e t s of   e q u a t io n s  f o r  d we ll   t i m e  cal c u l a t i o n . Com pare d w i t h  the  Ca r tes i an  co o rd i n at e   syste m   w here  t her e  a re m any se t s   o f di ffere n t   equa t i o n s for  the   C alc u la ti on  of the  dw e ll t i m e .   c.   The  pro p o s ed   a lg ori t h m  co ns ider s  o v er -m odul a tio n  c a s e   a l so.   It  i s  e a s y   t o  j u d g e  w h e t h e r  S V P W M  i s   i n   over-  m odu l a t i on  reg i o n  or  no t ,  sim ply  by ch e c ki n g  the  f o llow i n g i n e qua li ty :    if ( V rm  + V rn ) > M,  it bec o m e s  over- modu l a ti o n .  A   use f u l  m eth od t o  ha n d l e   t h i s   s i t ua t i o n  is t o  m ulti pl y t h e  ori gina l   vec t or  s ay V rm  and  V rn  b y  a  f a c t o r   M   /   (V rm   +  V rn )   a n d   t h e c o n s eq uen t  st e p s  a re  s ame as  d i s c u ssed .           Figure   2.  The  v ec tor   selec t i o n for the   t i me  ca l c u la te d       The   in duc tio n  m o tors  a re  v e r y  com m on  be cause   t he y  a r e  ine x pe ns i ve   a nd  ro b u st,  fin d i ng  use   i n   eve r y t hi ng  fr o m   i nd us t r ia l  ap pl i c a t io ns  s uc h   as  pump s ,   fan s ,   an d  b l ow ers  to  h om e  app l i a nce s .  Tr adi tio nal l y,   in duc t i on   m ot ors  ha ve   b ee n   run  a t   a   s i n g l e  s p e e d,  w h i c h   w as  d et erm i ned   b y   t h e   f re que nc y  of  t he   m ain  vo lta ge  a nd  th e   num b e r  of  p ole s   i n  t h e  m o t o r.  C o n tr ol li ng  the  s pe e d   o f  a n   i nd uc ti o n   m otor  i s  far   more   di ffic ul t  t h a n   c on tro l lin g  the   spee d  of  a   D C   m o t o r  si nc e  the r e  is   n o  l i ne ar  r e l a tio ns hi p   be t w e e n  t h e  motor   curr ent  a n d  t h e   resul t i n g  t or q u e   a s  t h er e  is for  a DC   mo tor.   T h e  te chni qu e  cal l e d   v ect o r   c on t r o l   c a n   b e   u s e d   t o  vary  t he   s peed   o f  an  i nd uc ti on  mot o r  ov e r   a   w i d e   rang e .   I n  the   vec t or  c o n tr ol  s c h em e,   a   c omple x   c urre nt  i s   syn t he siz e d fro m   t w o   qua dra t ure   c o mpo n e n ts,   one   o f  w h i c h  i s   r es pon si bl e  fo r  th e  fl ux   l ev e l   i n   t h e  mo to r,  a n d   ano t her,   w hic h   c ontr o ls   t he   t orq u e  prod uc tion   i n   t he  m o t o r .  Ess en ti a lly ,  th e   co nt rol   p r ob l e m  i s   r e f o r mu l a t e d  t o   r ese m b l e  the   co nt rol   of   a   D C   mo to r.  V e c t o r  c o nt rol   o f f e rs  a   numbe r  of  b ene f its  i nc l u d i n g   s pee d   c ontro l   over  a   w i de   r ange,   prec i s e   s p ee d  reg u l at i o n,  f ast  d y n am ic   r espo n s e,   a nd  o p e r at io n  a b ove  b ase  spee d.  T h e   vec t or   c on tro l   a lgor i t hm   i s  ba se d  on   t w o   f u n d am enta l  ide a s.  T h e   f irst  i s  t h e  f l ux  a n d   tor que   p ro du c i n g   curr ents. A n  in duc t i o n   m o t or   c a n   b e   m ode le d mos t   s im ply (and c o n t ro l l ed   m ost  s i mp ly) us i n g t w o qua d r a t ure   curr ents  r at her  tha n   t he  f a m i l i a r   t hree   pha se   c urre nts  a c t ua l l y  a p p l i e d  t o   t h e   m o t o r .  T h e s e   t w o  c u r r e n t s   c a l l e d   direc t   (Id)   and  qua dra t ur e  (Iq)  a re   r espo nsible  f or  p ro duc in g  f l u x  an d  tor que   r espect i v el y  i n   t he   m o t o r .  By   defi ni t i o n ,   the  Iq c urre nt   i s  in  pha se  w ith  t he  s ta tor  fl u x , a n d   Id  i s  at r i ght  a ng les.   O f   c ourse,   the   ac t u a l   v ol ta ge s  app lie d  t o   t h e   m otor  a nd  t h e  re s ult i n g   c urre nts  a r e  in  t he  f a m il i a r  three - p h ase  sy stem .  The  m o v e   b etwee n   a   s ta tio na ry  r efere n c e   f r a m e   a nd  a  re fe renc e  fra m e ,   w hich  i s  r o t a t i n g   syn c hro n o u s   w it h  t h e  sta t or  f lux,   b ec ome s   t he n  t h e  pr oble m .   Thi s   l ead s  to   t h e   s econ d   f und amen t a l   i d ea  beh i nd ve c t or c on t r o l .   The   se c o n d   f unda me nt a l  idea   is  t ha t   of  r e f ere n ce   f ra me s.  T h e   i d e a   o f   a   r ef e r en c e   f ra me   is  t o   tra n sf orm   a  q u a n t i t y   t h a t   i s  s i nus o i da l  in   o ne  r e f er enc e   fra m e ,   t o  a  c ons t a n t   v a l ue   i n  a  re fer e nce   fra me,  w h ic h  i s   r o t at i ng  a t   t he  s am e  fre que ncy.   O nc e  a  sinus o i d a l  q u a n t i t y   i s  t r ansfor me d  to  a   c ons ta nt  v a l ue   b y  c a re fu l   choi c e   o f   r e f ere n ce   f ra me,  i t   b eco me s  po ssib l e  t o   c o n t r o l   t ha t   qu ant ity  w i t h  tr adi tio na l  pr op or t i o n a l   in t e gral ( P I ) c ont r o l l er s.   S p ac e  vec t or   m odu la ti o n   ( S V M)  i s  based  on  ve ct or  s ele c tio n  i n   t h e  q - d  s t a t i o n a r y  r e f e r e n c e  f r a m e .   The  c o mm and e d  v o l ta ge  v ec tor  is  d e f ine d   by  e q uat i on- 1.t o   4 .   Th e   c om ma nd e d   v ec tor   is  p lo tte d  a l ong  w i t h   the  vec t or s  o b t a ina b le   by  t h e  in ver t e r .   The  d e sired  ve c t or  V s* qds s how n  at   s om e  p o i n t  in  tim e,  b ut  w i l l   fo llo w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Star t i n g   t o rque   and tor q ue ri p p le re duc t i o n   u s i n g SV PWM b a se d  Ve cto r  Con t r o l…  (S has hib h u s h a n )  1 127 the  c i rcu l ar   p a t h  i f   a   t hree   p ha se   s e t   o f  v o lta g e s  a r e  re qui r e d   on  t h e  l o a d .  The  first  ste p   i n  t h e   S V M  sc he me   i s  to i de nt ify t h e  thr ee  nea r est ve c t ors.          F i gure  3.  H exa gona l   S V P W M   e x ten s io n  for  9 leve l   t h r ee- p h ase  inv ert e r      4.   RESULT S   A N D  ANALY S IS    The   ve c t or c on t r o l  of in duc t i o n m a c h ine   is d one  in s i mula t i on o f  MATLA B. Two  c ases are  a naly zed  one i s  w ith tw o   l eve l   i n v erte r s .  The  SV P W M  is  u se d  he re   a s  the   P W M  m odu la tio n.   A no t h er   c ase  i s  w it h   n i ne   leve l  ca sc a d e d   m ulti le vel  in ve rter   w i t h  S V P W M  base d  vec t or   c o n t r o l .   A nd  i n   n i n e  l e vel  i n ve rters  i s   f ed   w it h   so l a r  ba sed  bo os t  co nve rter  w ith  i nc rem e nt al  c o n d u c t a n ce   a lg ori t h m.  B ot h   t h e   ca se s  a r e  a n al y zed   w i t h   10 0  rad/sec   as  r efere n ce  spee d  an d   l o a d   t orq u e   i s   50  Nm  from  0  to  1 .5  s ecs.   From   1 .5  s ec s  to  2 .5  s ec s  i t   m a d e  as  ze ro  a n d   t hen   aga i n  fr om   2 . 5   t o  3  se c s   i t   is   c ha n g ed   t o  50   N m.   F i gure. 2  sh ow s  the   s p ee d  a nd  tor q u e   cha r ac t e ris tics of t w o - l e v e l   a n d  ni n e-le ve l in verter   b a s e d   m ot o r  cont ro l   wit h   S VP W M .  S p ee d  of   t h e   t w o -l ev el  in verter   r e ache s   its  s tab i l i t y   a t   1.1sec s.  B ut  n i n e  le ve l  inve r ters  r ea ch  a t  0. 4   sec s .   A nd  in itia l  t o rq ue   i nta k e   rea c he s  12 0 0 N m .  Bu t  in  n in e  l e ve l  i n ve rters  i t   r e ache s   5 60  N m .   A n d   t o rque   r i p pl e   a l so   v isib ly   l e s s  co mp ared  w i t h  t w o   l ev el  i nv er t e r s .  A nd  F i g u re .4  a nd   F i g ur e.5  s how s  t h e  c u rre nt  w ave   for m   o f  the   m o t o r   w i t h  t w o - l e v e l  i n v e r t e r  a n d   ni ne-le v e l   i n v e r ter   a nd  tw o- le ve l  an d  7  se ve n  l e ve l  c o mpa r is on.   F ig ure.   6   t o   8  sh ow s  the  TH D   ana l ys is  o f  t h e   tw o-le ve l  se ve n le ve l a nd  n i ne  l eve l   i n v erter   fe d m o t o r   cur r ent .        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
          IS S N : 208 8- 869 4   In t   J Po w El ec  &  Dri   S y s t ,  Vo l . 1 0 ,  No .  2 , Ju n e  2 019  :  1 123 –   1 1 32  1 128     F i gure  4.  S pee d  a nd t o rq ue  g raph  for 2- l e ve l ( b l a c k )  and 9- le ve l ( m a g en ta)  i nve r t er          F i g u re.  5 S p eed  a n d   t orqu e  grap h  f o r  2-l e vel   (bl a c k )  an d  7 - lev e l ( m agenta) i n verte r           S p ee d   i n  rad /sec  T o rque i n   Nm   Ti m e  i n   s ecs   Ti m e  i n   s ecs   Sp eed i n rad / s ec  Torque in N m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Star t i n g   t o rque   and tor q ue ri p p le re duc t i o n   u s i n g SV PWM b a se d  Ve cto r  Con t r o l…  (S has hib h u s h a n )  1 129     F i gu re 6 .   Tw o-l e v e l  inv e rter wit h   v ecto r   c on tro l  THD an aly s i s .          F i gu re  7 .   7-l e vel  in verter  w it h   vecto r   c on trol T HD   a nal y si s  0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 -200 0 200 S e l e c t e d   sig n a l :   1 05   cycl e s.   F F T   w in d o w   ( i n   r e d ) :   1   cycl e s Ti m e   ( s ) 0 100 200 300 400 50 0 600 700 800 900 10 0 0 20 40 60 80 100 F r equenc y   ( H z ) F u n d a m e n tal   ( 3 5 H z )  =  7 8.3 3  , T H D =  12 . 5 9 % Mag  (%   o f   F u ndament al ) 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 -30 0 -20 0 -10 0 0 10 0 20 0 30 0 S e l e cte d  si g n a l : 1 0 5  cyc l e s .  F F T  w i n d o w   ( i n   r e d ) : 1  c ycl e s Ti m e   ( s ) 0 10 0 20 0 30 0 400 500 60 0 70 0 80 0 90 0 1 000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 0 F r e quen c y   (H z ) F u n d a m e n ta l   ( 3 5 H z )   =  5 4 . 7 9  , T H D = 8 . 0 8 % M a g  (%   o f   F u ndam ent a l ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
          IS S N : 208 8- 869 4   In t   J Po w El ec  &  Dri   S y s t ,  Vo l . 1 0 ,  No .  2 , Ju n e  2 019  :  1 123 –   1 1 32  1 130   F i gure  8 . Nin e-lev e l i nvert er with   vect or co n t r o l  THD an a l ysis      The TH D   va lu e   of tw o  leve l   i n v e r ter cur r ent   is 1 2. 59 % a n d   4.9%   i n  ni n e  le vel   i n verte r  c urre nt .   Ta bl e   1   sh ow s   the a b o v e sa id  p erforma n ce  com par i s on.       T a bl e 1.  P e r f o rmance co mp aris on   Se ttli n g  t i m e i n  s ec   R ise   ti me  in s e c s   T HD in %  St a r ting torque  in   N m   2-Le v e l   1. 1  1. 2  12. 59  1 200   7-le ve l   0. 55   0 . 6   8 . 08  5 7 0   9-le ve l   0. 4  0. 5  4. 9  5 6 0       The   Tab l e  2  d e pic t s  the  P V   p ane l   r at i n gs  t hat  ar e  in tro d u ced  i n   t he  i m p le me nta t i on.    The  co n v er t e r  use d  is a   boo st  c on ve rter  t ha t  w o rks  w i t h   t he  incre me nta l  con d u c t a n ce  M P P T  algori t h m.      Tab l e 2 .  S o l ar p o w er S p ecif i catio n  Pa r a m e t e r s   S pec i fi ca tions  PV   p a n e l   t y p e  S unpowe r   S PR -305-WH T   n u m b er  o f   cel l s   1   Voc   in  V   64. 2   I s c   in  A   5 .9 6  Vm pp  in  V   54. 7   Im pp   i n  A   5. 58   M P PT  t e c hnique   I nc r e m e nt a l  C onduc t a n c e  C onve rt e r   t y p e   B oost  D C DC  output  100V       T h e  In du ctio n  motor   u sed   f o r  t h e  i m p l em entatio n  is  p rov i ded   in   T ab le  3 .  T h e  t h ree  p h ase  m o to r  rati ng s  are  cho s en   w hich   s ui ts   t he  p ower  d el iv ered  f rom   th e  m o to r.   T he  S VPW M   me tho d   i mp le me n t e d   o n  th e   ind u c t io n   mo to r   decre a ses   th e  h a rm o n i c   c ontent   in  t he  o u t put.      0 0. 5 1 1.5 2 2.5 - 400 - 200 0 200 400 S e l e c t ed  s i gn al :   105 c y c l es .  F F T   w i n d o w   ( i n  r ed) :   1  c y c l e s Ti m e   ( s ) 0 100 20 0 300 400 500 60 0 700 800 900 1000 0 20 40 60 80 10 0 12 0 F r equenc y   ( H z ) F u n dam en tal   ( 35H z )   =  36. 41 ,  T H D =  4. 90% M ag  ( %   o f   F unda mental ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Star t i n g   t o rque   and tor q ue ri p p le re duc t i o n   u s i n g SV PWM b a se d  Ve cto r  Con t r o l…  (S has hib h u s h a n )  1 131 T a ble  3. M oto r  p aram eters   Pa r a m e te rs  S pec i fi c a tion  Po we r   5 0  HP   No m i n a l R M S Vol t a g e   in V  4 60   Fre que n c y  50H z  N u mb er   o f   p o l es   2          5.   CONCL U S ION    The   v e c t or  c ontr o l  o f   i n duc tio n  mot o r  is  f ed  w it h  tw o-le v e l  in v e r t e r  a n d   ni n e   l ev el   i nv ert e rs  a nd  SV P W M   t ech ni qu e  i s   u se d  c o n t ro l  it .  Th e   ni n e -l ev e l   i n v e rte r   i s  fe d  wi th   s o l ar  a nd   b o o s t   co nv e r t e r  as  i np ut   a s  the  num ber  o f   D C   sour ces  a re  h ig h.   T he  p er form anc e   p a r am eter s  l ike  se ttl i ng  t i m e ,   rise  time ,   T H D   a nd   st a r t i n g   t orq u e s  a re   r educ ed  i n  pro pose d  n in e  l e vel s o lar - fe d  S V P W M  i nvert e r .      REFE RENCES   [1]   N a u m an en   J .   K o rh on en  P .   Silv e n t o inen   J .   P y rh o   ̈ ne n ,   “ Mit i gatio n   o f   h i gh  du /dt-o r igi n at ed   m otor  o v e rv oltag e s  in   m u lti l evel in v erter dri v es ”,  IET Power  El ectr o n i cs ,   20 09,   P age  N o .   6 8 1 -  6 89.   [2]   A .  C h i t r a ,  S .   H i m a v a t h i ,  “ R e d u c e d   swi tch  mul til e v el  i nver t e r  fo r  pe r f orma n c e   e n h a nce m e n t  o f   i nd uc tion   mo to r  dri v e  wit h  i nt elligen t   r o t o r  resist a nce es timat or”,  IET Po wer  Elect ro nics ,  2 0 1 5 ,  pp. 1-10 .   [3]   S é rgi o   D ah er,   Jü rgen  S ch m i d ,   a nd  F e rn ando   L .  M .   A nt un e s ,   “ M ul ti le ve l  In ve rte r   T op o l og ie s  fo r   Sta n d - Alon e   PV  Sy ste m s” ,  IEE E  T r ans actio ns  on  Ind u s t ria l  El ectron i cs ,   Vo l. 5 5,   N o. 7 ,  Ju l y  20 0 8 .   [4]   Jey r aj  S elvaraj   a n d  Nasru d i n   A .   Rahi m ,   “ M u ltil e vel  Inv e rter  f or   G rid - Con n ected   P V   S y stem   E m p lo yin g   D i g i t a l   P I  Controller”,  IEEE  T r a n s a c t io n s  on  Ind u stri al El e c tr on ics ,   Vol .   5 6 , No . 1 ,  Jan u a ry 2 00 9.  [5]   Ananda rup  Das ,   K .  Sivakum a r,  R i j il  Ramchand,   Chin tan  Pa t e l  a n d  K .   G o p aku m ar,  “A  C om bi nation   o f   H exag on al  and   12 -S id ed  P oly gon al Vo ltag e   S pace Vecto r   P WM  Co n t r o l   f or IM   Dri v es U s i ng  Cas caded T w o -Lev el  I n v ert e rs”,  IEEE  Transac t i ons On In dustrial E l ectronics , Vo l . 5 6,  N o.  5,   May  2 0 0 9 .  [6]   K.   S i v aku m ar,   An andaru p  D a s ,   R ijil   Ram c h a nd,   C h i ntan   P at el  a nd   K.  G opakumar,  “A  H ybr i d   M ul tilevel  Inverter   To po log y   f or  a n   Op en-E nd  Wi nding   I n duct i o n -Mo t or Driv e   U sin g  Tw o - Lev e l  In ve rt ers   i n   S eri e s  W i t h   a  Capacit o r- Fe d   H-Brid ge   C e l l ” ,  I E EE T r ans a cti o ns  On  Indust r ial E l ect roni c s ,   V o l.   5 7 ,   N o.   1 1 ,   N o v e m b e r  2010 .   [7]   Jav i er  C hav a rría,  D omin go  Bi el,  F r ances c  Gui n joan ,  Carlos   M eza ,   a nd   J u a n   J.  N e g ro ni,  “Ene rg y- Ba la n c e   Co ntrol   of   P V  Cascaded  M ultilevel   Gr id-Con nected  I nve r t e rs  u nder  L evel- Shi f ted  a nd  Phase-Shifted  P W M s ”,  IE EE   Tran sac t io ns  on   Ind u str i a l  Ele c tr on ic s ,  Vo l .   6 0,  N o .   1 ,   Jan u ary  20 13.   [8]   K.C  Jana  a nd  S ujit  Kumar   Biswas,"A   s impl e  and  Generali ze d  SVP W M   C on trol  o f   Cascad ed  H -Bri dge  M ulti level  Inverters”,   Jou r na l o f   El ectri ca l   En gi neeri n g .  [9]   Anubra t a   D ey,  P.  P .   Rajeevan,  R ijil   R amchand,  K .   Ma thew,   and  K.   G opak u m a r,  “ A   S p ace-V ecto r -Bas ed  Hyst e r esis  C urre nt  C on t r oller  f o r   a  G e neral  n-L e v e l  Inve rt er-Fe d  D r iv e  With   N earl y  Co n stan t  Sw itchi ng F r equen c y   Control ” ,   IEEE   T r a n sa cti o n s  O n  In du str i a l   Electro ni cs ,   Vo l .  60 ,  No .  5 , May  20 1 3 .   [10]   Am arend r a  E d p u g a nti   &  Aksh ay  K .  Rath ore,  “ A   S u rv ey  o f  Low-S w itc hin g   F re qu ency  M od ul ati o n   T e c h ni qu es  f or  Medi um- V ol t a ge Mul tilevel Con v erters”,  IACC  , 20 15  pp . 1-8 .          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
          IS S N : 208 8- 869 4   In t   J Po w El ec  &  Dri   S y s t ,  Vo l . 1 0 ,  No .  2 , Ju n e  2 019  :  1 123 –   1 1 32  1 132 B I OGRAPHIES  O F AUTHO RS         S h ashi bh us han  w i t h   1 4  y ears   exp e rien c e   i n  ac ad emi c s  is  c u rrentl y  w o rking  a s   t he  Assis t an t  P r o f e s s o r   i n   S i r  M V I T ,  B a n g a l o r e .   H e  c o m p l e t e d   h i s  B . E   f r o m   R Y M E C ,  B a l l a r i   a nd   M .T ech   f r o m   P D A  C o l l e g e  o f   E n g i n e e r i n g ,  G u l b a r g a ,   a n d  I n d i a . H i s  r e s e a r ch   i nt e r es ts   i nclu des   P o w e r  E l ectro n i cs an d  E m b edd e d S y st e m . He  h as pu b lis h e d 1 0   J ou rnal s   o n   th e   in  d i f fe r e nt   d o m a i ns .           D r .   S a v i t a   S o nol i  com p leted   h e r  Bt ec h  f r om   B VB  C o l l e ge  o f   E ngin eeri ng  ,Dh a rwa d ,ka r na ta ka ,M.Te c h   i n   Na tion a l  In sti t u t e   o f   T e c hn olog y  a n d  h e r  P h D   f r o m   S . K   U n iv ersi ty   , An antp ur  .   H avi n g   a  v a st   acad em ic  e xp erien ce  o f   1 8   years  an d   rese ar ch   e x p e ri ence   o f   6 years   she  i s   n ow  w ork i ng  as  t he  V i c e   P r inci pa l   and  P r o f esor   i n  Electro ni cs  a nd  Co mu ni cati on  En gi neerin g  i n   R Y M EC  , Ballari,  K a rnatak a,  I n d ia . S h e   ha s  pu bl is h e d  a r o u n d   2 1   p a pers  i n  her  researc h   á r ea  o f   e m b edd e d  s y s t ems  in c l udin g   b o t h  nati onal  an d  i n t e rn ati o n a l  l e vels.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.